Реферат

Реферат Металлургия

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 25.11.2024



1Металлургия — наука о промышленных способах по­лучения металлов и металлических сплавов — одна из древнейших отраслей знания.

История материальной культуры человечества нераз­рывно связана с использованием металлов. Переход от каменных орудий труда (каменный век) к орудиям ме­таллическим явился величайшим достижением челове­чества, вызвавшим бурный рост производительных сил.

Около 7—6 тысяч лет до н. э. человек впервые начал исполь­зовать самородные металлы: золото, серебро, медь. В V — IV ты­сячелетиях до н. э. началась выплавка из руд меди, олова, свинца. Наступил медный век — медные орудия труда и оружие посте­пенно вытесняли каменные изделия. Примерно в III тысячелетии до н. э. появление и применение бронзы — сплава меди с оловом, зна­чительно более прочного и твердого, чем другие известные в то вре­мя металлы, ознаменовало начало бронзового века — дальнейшего важного этапа в развитии материальной культуры. Железо сначала, вероятно, метеоритное, а затем и восстанавливаемое из руды, было известно очень давно. Все более широкое применение железа, а за­тем стали —его сплавов с углеродом в конце II тысячелетия до н. э. открывает железный век — по определению Ф. Энгельса — «.... героическую эпоху — эпоху железного меча, а вместе с тем же­лезного плуга и топора».

Ф. Энгельс указывал, что железо «... важнейший вид сырья, сы­гравший революционную роль в истории»1. В. И. Ленин называл же­лезо одним из фундаментов цивилизации.

До н. э. были известны золото, серебро, медь, железо, олово, свинец, ртуть; к XVIII в. были открыты цинк, висмут, сурьма, пла­тина, мышьяк; в настоящее время известно около 80 металлов. Прак­тическое использование многих металлов началось значительно поз­же их открытия как химических элементов. Например, только в 1948 г. было получено несколько тонн титана, открытого как эле­мент в 1791 г.

Все металлы и сплавы условно принято подразделять на черные (железные) и цветные (нежелезные).

Черные металлы и сплавы, К ним относят железо и его сплавы с углеродом: сталь (практически до 1,5% С), чугун (2,5- 4,6% С), а также ферросплавы; наиболее важное значение имеет сталь.

Сталь -
Обобщенное Название очень большой группы железоуглеродистых сплавов основа современной тех­ники. Ее производство примерно в двадцать раз превышает общее производство всех остальных металлов и сплавов.

Чугун был известен еще до н. э. Серый чугун является наиболее распространенным литейным сплавом. Переде­льный чугун с XIII—XIV вв. служит основным исход­ным материалом для выплавки стали.

Техническое железо — железо с минимальным содер­жанием углерода и других примесей — производят в небольших количествах для нужд электротехники и др.

К этой группе относят также ферросплавы, например ферросилиций (до 2,5% С, 9 — 13% Si, основа железо) и др., применяемые при выплавке стали.

Цветные металлы и сплавы. В настоящее время ис­пользуют около 65 цветных металлов и очень много цветных сплавов. К ним относятся медь, алюминий, титан, никель, олово, цинк и т. д.; алюминиевые, тита­новые, медные и многие другие сплавы. Хром, никель и многие другие элементы используют для получения наи­более качественных конструкционных легированных, нержавеющих, жаропрочных сталей. Алюминиевые и ти­тановые сплавы — основные конструкционные материа­лы в авиации и некоторых других областях техники. Медь — основной проводниковый материал в электро-и радиотехнике; медные сплавы — латуни и бронзы— широко применяют в машиностроении. Все более широ­кое применение находят тугоплавкие и редкие металлы: молибден, тантал, бериллий и др.

По-видимому, нет ни одной машины или прибора, в которых не применялись бы цветные металлы в чистом виде или в виде различных сплавов (включая и легиро­ванные стали) и неметаллических соединений.

Подчеркивая значение металлов, следует отметить, что современная техника не мыслима без использования неметаллических материалов, прежде всего пластиче­ских масс. Несмотря на быстро развивающееся произ­водство пластмасс, ведущая роль принадлежит метал­лам и их сплавам. Пластмассы и другие неметалличе­ские материалы заменяют примерно только 5—6% ме­талла.
РАЗВИТИЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

По производству стали и чугуна, а также ферроспла­вов, железной руды, агломерата, кокса СССР занимало первое место в мире.

Зарождение русской металлургии относится к древнейшим вре­менам. В XVIII в. Россия по выплавке стали и чугуна занимала пер­вое место в мире. В XIX в. по производству металла Россия начина­ет все больше отставать от развитых капиталистических стран. В 1913 г. по выплавке стали (4,2 млн. т) Россия занимала пятое место в мире, далеко отставая от США (31 млн. т), Англии (10 млн. т). Цветная металлургия удовлетворяла потребность по меди на 85%, по цинку на 6%, по свинцу на 3%; не было производства алюминия, никеля, олова и других металлов. Технический уровень в металлургии был очень низким.

В годы предвоенных пятилеток была проведена коренная рекон­струкция крупных старых заводов, построены новые современные металлургические заводы, в том числе такие гиганты, как Магнито­горский и Кузнецкий металлургические комбинаты.

В 1940 г. было выплавлено более 18 миллионов тонн стали (третье место в мире); особое внимание было обращено на дальней­шее увеличение выпуска качественных сталей. Возникло отечествен­ное производство алюминия, никеля, магния и других цветных ме­таллов.

В послевоенный период отечественная металлургия развивалась невиданными темпами. Были восстановлены на новой технической базе заводы Юга, значительно расширены Магнитогорский комби­нат и другие заводы, построены Череповецкий (1955 г.), Караган­динский (1961 г.) и ряд других заводов.

В 1975 г. было выплавлено 141 млн. т стали — зна­чительно больше, чем в США, Японии, ФРГ и других странах. По техническому уровню наша металлургия занимала и занимает ведущее место в мире.
2МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Руды. В настоящее время известно около 80 металлов (т.е. примерно 80% всех элементов), общая масса которых в земной коре составляет около 25%. Примерное содержание (%) некоторых элементов в ней следующее:


Кислород...... 4 Хром...... 2-10 -2
Кремний...... 28 Медь...... 1-10 -2
Алюминий...... 8 Никель...... 8-10 -3
Железо....... 5 Цинк...... 5-10 -3
Кальций...... 3,6 Олово...... 4 -10 -3
Натрий 2,6 Молибден 3-10-4
Калий 2,6 Вольфрам 1-10-4
Магний 2,1 Серебро 1-10-5
Титан 1 Золото 1-10-7

Почти все металлы из-за их большой химической активности находятся в природе в виде химических соеди-нений—окисных (кислородных), сернистых, угле­кислых, кремнистых и др., входящих в состав различных горных (минеральных) пород. Исключение составляют химически стойкие самородные золото, платина, серебро, реже — медь.

Рудой называется природное минеральное сырье (горные породы), содержащее металл, извлечь который можно экономически выгодным промышленным спосо­бом. Некоторые руды, особенно цветных металлов, являются комплексными (полиметаллическими), т.е. содержат не один, а несколько ценных металлов. Кроме соединений металла, в руде всегда имеется пустая порода — другие природные химические соединения, не содержащие данного металла.

Качество руды определяется прежде всего ее богат­ством, т.е. содержанием извлекаемого металла. Другими критериями при оценке качества руды являются хими­ческая природа и свойства пустой породы, восстанавли­ваемость металла из руды и т. п. Очень важное значение имеет присутствие в ней вредных примесей, например серы и фосфора в железной руде. К наиболее богатым относятся железные руды, содержащие в среднем 40— 50% железа. Руды цветных металлов, как правило, более бедные и редко содержат выше 2% металла. Использование все более бедных руд приводит к необхо­димости совершенствовать способы их обогащения пе­ред плавкой.

Металлургические процессы. Задачей металлургии является получение металлов и металлических сплавов из руд или из других исходных материалов. Для этого применяют следующие основные способы.

Пирометаллургический основан на том, что тепло, необходимое для выплавки металла или сплава, обеспечивается сжиганием топлива. К пирометаллургии относятся доменный процесс выплавки чугуна из желез­ной руды, мартеновский способ передела чугуна в сталь, выплавка меди из медных руд и многие другие металлур­гические процессы.

Электрометаллургический заключается в выплавке металлов и сплавов в дуговых, индукцион­ных и других электрических печах. Кроме того, некото­рые металлы получают путем электролиза из расплавов их химических соединений (например, получение алюми­ния из глинозема А1203) или же из водных растворов солей (например, рафинирование, т. е. получение чистой меди из раствора сернокислой меди CuS04).

Гидрометаллургический основан на выще­лачивании металлов из руд при помощи растворителей и последующем выделении металла из раствора. Этот способ находит применение, например,, при извлечении меди из медных руд.

Химико-металлургический заключается в получении металла при помощи химических и метал­лургических процессов. Типичным примером может служить производство титана по схеме: титановая

руда получение четыреххлористого титана (ТЛС14) восстановление титана магнием.

Кроме этих основных способов, металлы и сплавы получают также методом порошковой металлургии, электроннолучевой, плазменной плавкой и другими способами.
3МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЕ ТОПЛИВО

Основными горючими компонентами топлива являют­ся углерод и водород нередко в виде углеводородов и других соединений. К негорючей части относятся азот, влага, зола. В топливе часто находится сера — вредная примесь, которая может переходить в металл, ухудшая его качество.

Важнейшей характеристикой топлива является его теплотворность — количество тепла, выделяющееся при полном сгорании единицы топлива. Кроме того, при оценке качества топлива учитывают температуру его воспламенения, зольность и другие характеристики.

Основными видами металлургического топлива явля­ются кокс, мазут, а также газы — природный (естествен­ный), доменный (колошниковый) и коксовый.

Кокс — главное топливо при выплавке чугуна в до­менных печах и в вагранках — печах для расплавления чугуна в литейных цехах. Его используют также при агломерации, в цветной металлургии и т.д.

Кокс представляет собой твердую пористую спекшую­ся массу, получающуюся из коксующихся каменных уг­лей после удаления из них летучих веществ в специаль­ных печах путем пиролиза, т. е. разложения при прока­ливании измельченного угля без доступа воздуха при 950—1100° С в течение 15—18 ч.

Металлургический кокс в среднем содержит 85—: 90% углерода, 0,5—2% серы, до 0,2% фосфора, около 1% летучих, 10—13% золы, до 5% влаги. Его теплотвор­ная способность равна 6500—7500 ккал/кг.

Кокс — дорогое и дефицитное топливо. Его получа­ют только из некоторых сортов коксующихся углей (кок­совых, жирных и др.), запасы которых составляют при­мерно 10% всех запасов угля. В СССР разработаны способы получения металлургического кокса из смесей, содержащих значительное количество некоксующихся углей.

Побочными продуктами коксования являются ценные химические вещества: бензол, фенолы, нафталин, ка­менноугольная смола и др., а также коксовый газ (см. ниже).

Мазут широко применяется для отопления стале­плавильных мартеновских печей, нагревательных печей в прокатных и других цехах. Он представляет собой жидкий остаток при переработке нефти — после возгон­ки из нее бензина, керосина и других легких фракций. Достоинства мазута — высокая теплотворная способ­ность: 9500—10500 ккал/кг, отсутствие золы при сжига­нии, простота регулирования горения.

Природный газ — высококалорийное дешевое топливо. В последние годы он находит в металлургии все возрастающее применение. Он состоит в основном из метана СН4 (92—98%); его теплотворная способность не менее 8000 ккал/м3. Начавшееся сравнительно недав­но применение природного газа позволило значительно интенсифицировать процессы плавки в доменных и мар­теновских печах, значительно повысить их производи­тельность, уменьшить расход дорогостоящего кокса в производстве чугуна.

Коксовый газ содержит 46—63% водорода, 21 — 27% метана, 2—7% окиси углерода, 4—18% азота и имеет теплотворную способность 3600—4500 ккал/м3.

Он используется как топливо в коксовых и других печах, а также как сырье в химической промышленности.

Доменный (колошниковый) газ — побочный про­дукт при выплавке чугуна в доменных печах. Его ис­пользуют на металлургических заводах в качестве топ­лива в чистом виде или в смеси с коксовым газом.
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Чугун — железоуглеродистый сплав, содержащий бо­лее 2% углерода. Кроме углерода, в нем всегда присут­ствуют кремний (до 4%), марганец (до 2%), а также фос­фор и сера. Чугун является основным исходным мате­риалом для получения стали, на что расходуется примерно 80—85% всего чугуна. Вместе с тем чугун — наиболее распространенный литейный сплав (см. в раз­деле III, гл. 3).

РУДЫ, ФЛЮСЫ.

Железные руды — основной исходный материал для выплавки чугуна. Рудный минерал (рудное вещество) чаще всего представляет собой окислы железа, хорошо восстанавливающиеся в условиях доменной плавки. Пустая порода обычно состоит из кварца и песчаников с примесью глин, т.е. является кислой (избыток Si02).

Железные руды в отличие от медных и многих дру­гих относительно богаты. Наиболее богатые руды содер­жат 60% железа и больше, наиболее бедные 30—40%.

В железных рудах всегда присутствуют вредные при­меси—сера и фосфор. По типу рудного минерала руды бывают следующих основных видов.

Красный железняк. Рудный минерал — тема-, тит, безводная окись железа Fe203 (70% Fe). Руда обычно содержит 50—60% Fe. Это наиболее распро­страненный вид руды во всем мире.

Магнитный железняк. Рудный минерал — маг­нетит, магнитная окись железа Fe304 (72,4%Fe), в руде 55 -60% Fe.

Бурый железняк. Рудный минерал — водные окислы железа: Fe2O3-mH20 (52—66% Fe). В руде обычно содержится 30—50% Fe.

Шпатовый железняк. Рудный минерал — сиде­рит, карбонат железа FeCО3 (48,3% Fe), в руде обычно 30—40 Fe.

Железистые кварциты. Рудный минерал — магнетит или гематит. Эти руды содержат 35—40% Fe с кремнистой пустой породой.

Титаномагнетиты. Комплексная руда, содержа­щая 15—20% Fe, рудными минералами которой являют­ся магнетит и ильменит FeO-TiО2 Ильменит используют в производстве титана.

Марганцевая руда входит в состав шихты доменных печей при выплавке некоторых марок чугуна, а также ферромарганца (до 82% Мп). В ней марганец находит­ся в виде пиролюзита МпО2 и других соединений. Со­держание марганца в руде обычно составляет 25—50%.

Доменные флюсы необходимы для удаления из до­менной печи тугоплавкой пустой породы руды и золы
Сплавляясь с флюсом, они образуют легкоплав­кий сплав — доменный шлак; в расплавленном состоя­нии он удаляется из печи через шлаковую летку. Кроме того, флюс должен обеспечить получение шлака с необходимым химическим составом и физическими свойствами, что в значительной мере определяет состав чугуна.

Флюсы выбирают в зависимости от пустой породы руды. В отечественных железных рудах пустая порода, как правило, содержит избыток Si02. Поэтому в качест­ве флюса используют сильноосновные материалы, глав­ным образом известняк СаС03. Типичный металлурги­ческий известняк после обжига содержит 50—55% СаО. Избыток извести в доменном шлаке способствует также удалению из чугуна серы. На отечественных заво­дах флюсы вводят в доменную печь главным образом в виде офлюсованного агломерата и офлюсованных ока­тышей.
4
КЛАССИФИКАЦИЯ СТАЛЕЙ И ЧУГУНОВ И ИХ МАРКИРОВКА


Классификация сталей. Стали классифицируются по химическому составу, качеству и назначению. По химическому составу классифицируют главным образом конструкционные стали, предназначенные для изготовления деталей машин и металлических конструкций. Конструкционные стали делят на углеродистые и легированные.

Углеродистые стали могут быть низкоуглеродистые: С ≤0,09 ... 0,25 %; среднеуглеродистые: С ≤ 0,25 ... 0,45 % и высокоуглеродистые: С ≤ 0,45 ... 0,75 %. Легированные стали условно подразделяют на низколегированные с содержанием легирующих элементов 2,5 %; среднелегированные - от 2,5 до 10 % и высоколегированные - более 10 %.

Другие стали, например инструментальные, с особыми физико-химическими свойствами по химическому составу обычно не классифицируются.

По назначению стали подразделяют на конструкционные, инструментальные и стали и сплавы с особыми свойствами - жаропрочные, кислотостойкие, износостойкие, магнитные и др.

По качеству различают стали общего назначения, качественные, высококачественные и особовысококачественные, в последнем случае в маркировке указывается способ выплавки и последующей обработки стали.

Под качеством стали понимают совокупность свойств, определяемых металлургическим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали, а также ее технологичность во многом зависят от содержания газов (кислорода, водорода, азота) и вредных примесей - серы и фосфора. Газы являются скрытыми количественно трудноопределяемыми примесями, поэтому нормы содержания вредных примесей служат основными показателями для разделения сталей по качеству. Стали обыкновенного качества содержат до 0,05 % S и 0,04 % Р, качественные - не более 0,04 % S и 0,035 % Р, высококачественные - не более 0,025 % S и 0,025 % Р, особовысококачественные - не более 0,015 %ShO,025 %P.

Стали углеродистые обыкновенного качества (ГОСТ 380-94) обозначаются индексом "Ст" и порядковым номером, например Ст1, СтЗ, Ст5. Чем выше номер в обозначении стали, тем выше ее прочность и ниже пластичность.

По степени раскисления и характеру затвердевания стали классифицируют на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Раскисление - процесс удаления из жидкого металла кислорода, проводимый для предотвращения хрупкого разрушения стали при горячей деформации.

Спокойные стали раскисляют марганцем, кремнием и алюминием. Они содержат мало кислорода и затвердевают спокойно, без газовыделения. Кипящие стали раскисляют только марганцем. Перед разливкой в них содержится повышенное количество кислорода, который при затвердевании, частично взаимодействуя с углеродом, удаляется в виде СО. Выделение пузырей СО создает впечатление кипения стали, с чем и связано ее название. Кипящие стали дешевы, их производят низкоуглеродистыми и практически без кремния (Si ≤ 0,07 %), но они содержат повышенное количество газообразных примесей.

Полуспокойные стали по степени раскисления занимают промежуточное положение между спокойными и кипящими.

При классификации сталей по структуре учитывают особенности их строения в отожженном и нормализованном состояниях. По структуре в отожженном (равновесном) состоянии конструкционные стали разделяют на четыре класса: доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит; эвтектоидные, структура которых состоит из перлита; аустенитные и ферритные.

Качественные углеродистые стали согласно ГОСТ 1050-88 маркируются цифрами, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента: сталь 10, сталь 15, сталь 60. Содержание серы и фосфора в этих сталях не должно превышать 0,035 %. Стали этой группы, содержащие свыше 0,2 % С, выпускаются только спокойными.

Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-99) с содержанием углерода более 0,7 % имеют в обозначении букву "У" и цифру, указывающую на содержание углерода в десятых долях процента: У7, У8, У12.

Легированные конструкционные стали (ГОСТ 4543-71) в зависимости от содержания серы и фосфора подразделяются на качественные, высококачественные и особовысококачественные.

Все высоколегированные стали содержат минимальное количество вредных примесей и являются высококачественными. Для придания особых свойств их подвергают дополнительной обработке специальными методами, которые отражены в обозначении сталей в конце наименования марки: ВД - вакуумнодуговой переплав, Ш - электрошлаковый переплав, ВИ - вакуумно-индукционная выплавка, СШ - обработка синтетическими шлаками.

Кроме углерода, в стали обязательно присутствуют еще другие элементы, наличие которых обусловлено различными причинами. Различают примеси: постоянные, скрытые, случайные и специально введенные.

Постоянные примеси. Это кремний, марганец, фосфор и сера. Марганец и кремний вводят в процессе выплавки в сталь для ее раскисления, т. е. для удаления закиси железа, поэтому их также называют технологическими примесями.

Кроме того, марганец способствует уменьшению содержания сульфида железа FeS в стали: FeS+Mn MnS+Fe. Марганец и кремний растворяются в феррите, повышая его прочность; марганец может также растворяться и в цементите. Углеродистые стали обычно содержат до 0,7—0,8% Мn и до 0,5% Si.

Сера — вредная примесь — попадает в сталь главным образом с исходным сырьем — чугуном. Сера нерастворима в железе, она образует с ним соединение FeS —сульфид железа. При взаимодействии с железом образуется эвтектика (Fe+FeS) с температурой плавления 988° С. Поэтому при нагреве стальных заготовок для пластической деформации выше 900° С сталь становится хрупкой. При горячей пластической деформации заготовки разрушаются. Это явление называется красноломкостью. Одним из способов уменьшения влияния серы является введение марганца. Соединение MnS плавится при 1620° С, эти включения пластичны и не вызывают красноломкости.

Содержание серы в сталях допускается не более 0,06%.

Фосфор попадает в сталь главным образом также с исходным чугуном, использованным для выплавки стали. До 1,2% фосфора растворяется в феррите, уменьшая его пластичность. Фосфор обладает большой склонностью к ликвации, поэтому даже при незначительном среднем количестве фосфора в отливке всегда могут образовываться участки, богатые фосфором. Располагаясь вблизи границ зерен, фосфор повышает температуру перехода в хрупкое состояние, т. е. вызывает хладноломкость. Поэтому фосфор, как и сера, является вредной примесью, содержание его в углеродистой стали допускается до 0,050%.

Чем больше углерода в стали, тем сильнее влияние фосфора на ее хрупкость.

Содержание серы и фосфора в стали зависит от способа ее выплавки.

Скрытые примеси. Так называют присутствующие в стали газы — азот, кислород, водород — ввиду сложности определения их количества. Газы попадают в сталь при ее выплавке. В твердой стали они могут присутствовать, либо растворяясь в феррите, либо образуя химические соединения (нитриды, оксиды). Газы могут на­ходиться и в свободном состоянии в различных несплошностях.

Даже в очень малых количествах азот, кислород и водород сильно ухудшают пластические свойства стали. Содержание их допускается 10-2 - 10 -4%. В результате вакуумирования стали их содержание уменьшается, свойства улучшаются.

5 Основные преимущества:

  1. большая прокаливаемость, более 5-10 мм

  2. высокая теплостойкость 550-6500 С

Углеродистые инструментальные стали

Эти стали по ГОСТ 1435—74 содержат 0,65-1,35% С

Они маркируются У7, У7А ... У13, У13А. Буква У обозначает что сталь углеродистая, число показывает содержание углерода в десятых долях.

Углеродистые инструментальные стали обладают высокой твердостью, прочностью, хорошо шлифуются при изготовлении инструмента, дешевы и недефицитны.,

Стали У7, У7А, У8, У8А, содержащие 0,7—0,8% С, применяют для инструментов по дереву и. инструментов ударного действия, когда требуется повышенная вязкость, — пуансонов, кернов, зубил, кузнечных штампов и т.д.

Стали У9—У13 (У9А—У13А), содержащие 0,9— 1,3% С, обладают более высокой твердостью и износостойкостью. Из этих сталей изготавливают сверла, метчики, развертки, фрезы, плашки и др. Из стали У13, имеющей максимальную твердость (HRC 62—64) и износоустойчивость, изготавливают напильники, граверный инструмент и т. п.

Для снижения твердости и создания благоприятной структуры все стали до изготовления инструмента подвергают предварительной термической обработке — отжигу. Поскольку наличие сетки вторичного цементита ухудшает качество и срок службы инструмента, заэвтектоидные стали подвергают сфероидизирующему отжигу, нагревая стали У9 и У10 до 740—750° С, а У11 и У12 до 750—780° С. В результате такого отжига пластины Ц11 делятся (на этот процесс положительно влияет наличие субграниц и скоплений дислокаций). Регулируя скорость охлаждения можно получать глобули Ц11 различного размера.

Окончательная термическая обработка — закалка и отпуск.
Легированные инструментальные стали

Эти стали по ГОСТ 5950—73 обычно содержат 0,9— 1,4% С. Суммарное содержание легирующих элементов (Cr, W, Mn, Si, V и др.) не превышает 5%. Легирующие элементы, увеличивая устойчивость аустенита, уменьшают критическую скорость закалки и увеличивают прокаливаемость (инструменты из сталей повышенной прокаливаемое™, как правило, прокалива­ются насквозь). Инструменты закаливают в масле, что уменьшает возможность коробления и образования за­калочных трещин.

Термическая обработка таких инструментов заклю­чается в закалке с 800—860° С в масло или ступенчатой закалке (температура закалки определяется составом). Отпуск проводят низкотемпературный — при 150— 200° С. Твердость после термической обработки состав­ляет HRC 61—66. Иногда для увеличения вязкости по­вышают температуру отпуска до 300° С, но при этом твердость понижается до HRC 55—60.

Малолегированные стали, содержащие 1—1,5% ле­гирующих элементов (Х05, 7ХФ, 8ХФ), относятся к сталям небольшой прокаливаемости.

Применяемые для режущего инструмента стали 9ХС, ХВСГ, ХВГ и др. по сравнению с углеродистыми сталями имеют более высокую прокаливаемость, повы­шенную твердость и износоустойчивость.

Повышенное содержание кремния (9ХС, ХВСГ) способствует увеличению прокаливаемости (критичес­кий диаметр для стали 9ХС равен 40 мм, а для стали ХВСГ 100 мм при закалке в масле) и устойчивости мар­тенсита при отпуске.

Повышенное содержание марганца (ХВГ, 9ХВСГ) способствует увеличению количества остаточного аустенита, что уменьшает деформацию инструмента при его закалке. Поэтому эти стали часто применяют для изго­товления инструмента, имеющего большую длину при относительно небольшом диаметре, например протяжек. Легирование хромом увеличивает прокаливаемость и твердость после закалки.

Из сталей этой группы изготавливают различные инструменты — от ударного до режущего. Теплостой­кость инструментов, как правило, не превышает 300" С, поэтому эти стали не используют для обработки с боль­шими скоростями резания.

Так называемая «алмазная» сталь ХВ5 (5% W) бла­годаря присутствию вольфрама в термически обрабо­танном состоянии имеет избыточную мелкодисперсную карбидную фазу и твердость HRC 65—67. Из этой ста­ли изготавливают инструмент, сохраняющий длитель­ное время острые кромки и высокую размерную точ­ность (развертки, фасонные резцы, граверный инстру­мент и т. п.).

К сталям повышенной прокаливаемости относятся и стали с кар­бидным упрочнением, например 6Х6ВЗМФС и 8Х4В2С2МФ. После термической обработки (закалка с 1050—1080° С, отпуск — старе­ние при 520—540° С) инструмент из этих сталей за счет выделения дисперсных карбидов М23С6 и М7С3 приобретает высокую твердость HRC 61—63, имея повышенную вязкость и прочность. Кроме того, он обладает высоким сопротивлением пластической деформации.

СТАЛИ ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ

Измерительные инструменты должны сохранять свою форму и размеры в течение продолжительного времени. Поэтому их следует изготавливать из сталей, имеющих высокую твердость и износостойкость (после соответствующей термической обработки). В этих ста­лях с течением времени не должны совершаться струк­турные превращения, вызывающие изменение разме­ров инструмента. Такие стали должны иметь минималь­ный коэффициент линейного расширения.

С учетом этих требований выбирают соответствую­щие стали и назначают определенный режим термиче­ской обработки. Хорошее сопротивление износу обес­печивается высокой твердостью поверхности (HRC 62— 65).

Малым коэффициентом теплового расширения обла­дают стали с мартенситной структурой. Для измери­тельных инструментов чаще всего используют высоко­углеродистые стали У8—У12, X, Х9, ХГ, Х12Ф1, це­ментуемые (сталь 15, сталь 20) и азотируемые (38ХМЮА).

Структура высокоуглеродистых сталей после обыч­ной термической обработки не является стабильной и всегда содержит какое-то количество остаточного аустенита. Тетрагональность мартенсита со временем уменьшается. Поэтому после закалки применяют ста­билизирующий низкотемпературный отпуск — старение (нагрев до 120—170°С с выдержкой 10—30 ч). Иногда после закалки инструмент подвергают обработке холо­дом, а затем отпуску — старению.

ШТАМПОВЫЕ СТАЛИ

Инструмент, применяемый для обработки металлов давлением (штампы, пуансоны, матрицы, валики и т.д.), изготавливают из штамповых сталей. Так как ме­таллы можно подвергать деформации в холодном, а так­же в горячем состояниях (до 900—1200°С), то различа­ют стали для штампов холодного деформирования и стали для штампов горячего деформирования. Химиче­ский состав, механические свойства и назначение штам­повых сталей приведены в ГОСТ 5950—73.

Стали для штампов холодного деформирования. Стали для изготовления инструментов этой группы дол­жны обладать высокой износостойкостью (высокой по­верхностной твердостью), прочностью, вязкостью (что­бы воспринимать ударные нагрузки), сопротивлением деформации.

Для изготовления штампов небольших размеров (диаметром до 25 мм) используют углеродистую ин­струментальную сталь марок У10, У11, У12. После за­калки и низкого отпуска инструмент из этих сталей бу­дет обладать нужным комплексом свойств. Широко используют легированные стали марок X, Х9, ХГ, 9ХС, Х12М, Х6ВФ (фильеры, плашки и др.). Для повышения износостойкости инструмента после его термической обработки применяют иногда циани­рование или хромирование рабочей поверхности. Для штампов, работающих в условиях износа и давления, применяют легированные стали глубокой прокаливае­мости, например Х12, Х12Ф, ХГЗСВ и т.д.

Если штамповый инструмент испытывает ударные нагрузки, то для его изготовления используют стали, обладающие большой вязкостью (стали 4ХС4, 4ХВС, 5ХНМ, 5ХГМ и т. д.). Это достигается уменьшени­ем содержания углерода, введением легирующих эле­ментов, увеличивающих прокаливаемость, и соответст­вующей термической обработкой — закалка с высоким отпуском (480—580°С). Окончательная твердость HRC 38—45.

Стали для штампов горячего деформирования. Штампы для горячего деформирования работают в бо­лее сложных условиях. Поэтому, кроме перечисленных свойств, стали для таких штампов должны обладать жаропрочностью, теплостойкостью, термостойкостью Они должны быть также минимально чувствительными к отпускной хрупкости, так как в процессе эксплуата­ции может неоднократно происходить нагрев штампов до высоких температур. Кроме того, эти стали должны обладать и хорошей теплопроводностью, чтобы тепло быстро отводилось от рабочей поверхности и т.д.

Если штампы испытывают большие ударные нагруз­ки (например, ковочные штампы), то для их изготовле­ния используют стали, содержащие 0,5—0,6% С, леги­рованные элементами, увеличивающими прокаливае­мость и вязкость (хром, никель, марганец). Для умень­шения склонности к отпускной хрупкости II рода вводят молибден или вольфрам. Это стали 5ХНМ, 5ХНВ, 5ХНТ, 5ХНСВ и т.д.

Закалку осуществляют с 760—820° С, охлаждающая среда зависит от размеров штампов. Температура от­пуска составляет 460—580° С, твердость HRC 35—45.

Инструмент для горячей протяжки, высадки и прес­сования нагревается в работе до более высоких температур. Для такого инструмента используют стали с по­вышенным содержанием вольфрама, обладающие тер­мостойкостью до 650—670° С. Это стали марок ЗХ2В8, 4Х5В2ФС, 4Х4В4ФМ, 6ХВ2С и др.

В настоящее время для изготовления деталей ис­пользуют также метод литья под давлением. Таким образом делают детали как из металлов, так и из пласт­масс. Используемые для этой цели прессформы подвер­гаются износу, коррозии, а также образованию на ра­бочей поверхности сетки разгарных трещин. В зависи­мости от условий работы для изготовления прессформ применяют различные марки сталей.

Для литья металлов с высокими температурами плавления прессформы изготавливают из сталей ЗХ2В8, 4ХВ2С.

Для литья металлов с низкой температурой плавле­ния (например, цинк и его сплавы) прессформы дела­ют из сталей ЗОХГС, 40Х и даже сталей 45 и 50.

Для штампов и форм литья под давлением алюми­ниевых и магниевых сплавов, особенно для штампов сложных по конфигурации, небольших по размерам и работающих с большими ударными нагрузками, при­меняют мартенситностареющие стали.

Литье и прессование пластмасс связаны с износом и коррозией. Поскольку в этом случае температуры со­ставляют порядка 150—200° С, то для изготовления прессформ можно использовать как легированные, так и углеродистые улучшаемые или цементуемые стали. Применяют также и азотируемые стали. Иногда рабо­чую поверхность подвергают хромированию диффузи­онной металлизацией. Для коррозионностойкого ин­струмента используют стали 9X18, Х18МФ, Х14М, 30X13, 40X13


23

1. Статья Людвиг Витгенштейн и еврейская философия
2. Реферат Законы Хаммурапи 8
3. Реферат Процесса целеполагания в гостинице Зюйд
4. Реферат Географическое положение и природа Франции
5. Реферат на тему Act 1 Essay Research Paper
6. Курсовая на тему Российский рынок труда. Место молодежи на рынке труда
7. Реферат Основные понятия и законы теории цепей
8. Реферат Монопольная власть понятие, показатели, факторы.
9. Реферат на тему The Enlightened Machine Essay Research Paper Brain
10. Реферат Оффшорный бизнес 3